Многие ли из нас задумываются, что происходит после того, как мы нажимаем кнопку вызова на мобильном телефоне? Как работают сотовые сети ?

Скорее всего, нет. Чаще всего мы набираем федеральный номер собеседника на автомате, как правило, по делу, поэтому что там и как устроено нас не интересует в конкретный момент времени. А ведь это удивительные вещи. Как можно позвонить человеку, находящемуся в горах или посреди океана? Почему во время разговора мы можем плохо слышать друг друга, а то и вовсе прерваться. Наша статья попробует пролить свет на принцип работы сотовой связи.

Итак, большая часть плотно заселенной территории России, покрыта так называемыми БС, что без сокращения именуются Базовыми Станциями. Многие могли обращать на них свое внимание, путешествуя между городами. В открытом поле, Базовые станции больше похожи на вышки, которые имеют красный и белый цвет. А вот в городе такие БС продуманно размещены на крышах нежилых высоток. Эти вышки способны поймать сигнал от любого сотового телефона, находящегося территориально в радиусе не более, чем 35 километров. "Общение" между БС и телефоном происходит через специальный служебный или голосовой канал.

Как только человек набирает нужный ему номер на мобильном устройстве, аппарат находит самую близко расположенную к нему Базовую Станцию поэтому специальному служебному каналу и просит у нее выделить голосовой канал. Вышка после получения запроса от устройства отправляет запрос на так называемый контроллер, который сокращенно будем называть BSC. Этот самый контроллер перенаправляет запрос уже на коммутатор. "Умный" коммутатор MSC определит, к какому оператору подключен вызываемый абонент.

Если оказывается, что звонок совершается на телефон внутри одной сети, например от абонента Билайн другому абоненту этого оператора, или внутри МТС, внутри Мегафон и так далее, то коммутатор начнет выяснять местоположение вызываемого абонента. Благодаря Home Location Register коммутатор найдет, где находится необходимый человек. Он может быть где угодно, дома, на работе, на даче или вообще в другой стране. Это не помешает коммутатору перевести звонок на соответствующий коммутатор. И тут "клубок" начнет "разматываться". То есть звонок от коммутатора - "ответчика" пойдет на контроллер - "ответчика", затем на его Базовую Станцию и на мобильный телефон соответственно.

Если же коммутатор выяснит, что вызываемый абонент принадлежит другому оператору, то отправит запрос на коммутатор уже другой сети.
Согласитесь, схема достаточно простая, но трудно представима. Как "умная" Базовая Станция находит телефон, отправляет запрос, а коммутатор сам определяет оператора и другого коммутатора. Что такое Базовая станция на самом деле? Оказывается, это несколько железных шкафов, которые располагаются либор под самой крышей здания, на чердаке или в специальном контейнере. Главное условие - помещение должно отлично кондиционироваться.

Логично, что у БС есть антенна, которая и помогает ей "ловить" связь. Антенна у БС состоит из нескольких частей (секторов), каждый из которых отвечает за территорию. Часть антенны, которая расположена вертикально отвечает за связь с мобильными телефонами, а круглая предназначены для связи с контроллером.

Один сектор способен одновременно принимать звонки от семидесяти телефонных аппаратов. Если учесть, что одна БС может состоять из шести секторов, то одновременно она спокойно обслужит 6*72=432 звонка.

Как правило, такой мощности Базовой станции хватает "с головой". Конечно, случаются ситуации, когда все население нашей страны начинает одновременно звонить друг другу. Это новый Год. Некоторым достаточно лишь произнести в трубку заветную фразу «С Новым Годом!», другие же готовы проговаривать часы с безлимитным тарифом от "Корпорации Связи" , обсуждая гостей и планы на всю ночь.

Однако вне зависимости от продолжительности разговора, Базовые станции не справляются, и дозвониться до абонента бывает очень сложно. Но в будние дни большую часть года БС из шести секторов вполне достаточно, тем более для оптимальной загруженности оператору подбирают Станции в соответствии с заселенностью территории. Некоторые операторы отдают свое предпочтение большим БС в целях улучшения качества предоставляемой связи.

Существует три диапазона, в которых может работать БС и которые определяют количество поддерживаемых аппаратов и охватываемое расстояние. В диапазоне 900 МГЦ станция способна охватить большую территорию, а вот в диапазоне 1800 МГц расстояние существенно сократится, зато увеличится число подключаемых передатчиков. Третий диапазон в 2100 МГц предполагает уже связь нового поколения - 3G.
Понятно, что в малонаселенных пунктах целесообразнее установить Базовую Станцию на 900 МГц, а вот в городе подойдет 1800 МГц, чтобы лучше проникать сквозь толстые бетонные стены, причем понадобится этих БС в десять раз больше, чем в поселке. Отметим, что одна БС может поддерживать три диапазона сразу.

Станции в режиме 900 МГц охватывают территорию радиусом в 35 км, однако если в данный момент она обслуживает мало телефонов, то может "пробить" и до 70 км. Естественно, наши мобильные телефоны могут "находить" БС даже на расстоянии 70 км. Базовые Станции разработаны так, чтобы максимально покрывать земную поверхность и обеспечивать большое количество людей связью именно на земле, поэтому при возможности ловить сигналы на расстоянии минимум 35 километров, на такое же расстояние, но в небо, Базовые Станции не "пробивают".

Для того, чтобы обеспечить своих пассажиров сотовой связью, некоторые авиакомпании начинают размещать маленькие БС на бортах самолетов. Связь "небесной" Базовой Станции с "земной" осуществляется с помощью спутникового канала. Так как работа мобильных устройств может помешать процессу полета, бортовые БС легко могут включаться / выключаться, имеют несколько режимов работы, вплоть до полного отключения передачи голосовых сообщений. Во время полета телефон может случайно быть переведен на базовую станцию с худшим сигналом или без свободных каналов. В таком случае звонок прервется. Все это тонкости работы сотовой связи в небе в движении.

Помимо самолетов, некоторые проблемы возникают и у жителей пентхаусов. Даже безлимитный тариф и ВИП - условия у оператора сотовой связи не помогут в случае разных БС. Житель квартиры на высоком этаже, переходя из одной комнаты в другую, потеряет связь. Это может произойти из-за того, что телефон в одной комнате "видит" одну БС, а в другой он "обнаруживает" другую. Поэтому при разговоре связь прерывается, так как эти БС находятся на относительном расстоянии друг от друга и даже не считаются "соседними" у одного оператора.

Если все время сидеть в интернете, то складывается ложное впечатление, что кругом все всем должны. Даже, если не углубляться в политику, где вообще все как один эксперты и знают что нужно делать, но, как говорил герой одного анекдота, делать самому что-то некогда, потому что нужно «таксовать», то нас окружают толпы недовольных людей. Мобильной связью вообще недовольны все, как один. У меня нет готового рецепта как это недовольство исправить, но есть хорошая новость: если вы понимаете как эта чертова мобильная связь работает, то вы гораздо меньше нервничаете. Вот вы, например, когда-нибудь разговаривали о качестве связи с теми, кто ею занимается? Я так точно не раз разговаривал. И ни разу не встречал недовольного специалиста (хотя проблемы со связью, безусловно, бывают и у них). Они не суетятся, не нервничают, потому что почти всегда четко себе представляют что (и почему) происходит. И при каких условиях ситуация может измениться. Овладеть этим «кунг-фу» на самом деле несложно, и начать нужно с того, чтобы разобраться как работает мобильная связь и какие процессы в ней происходят, когда мы снимаем трубку, делаем вызов или используем телефон для интернета.

Радиосигнал

И начать нужно с банального: мобильная связь на самом деле (вот новость-то, да?) использует радиосигнал, который по определению не может быть таким же надежным соединением, как толстый медный кабель надежно спрятанный от любых воздействий (ну, кроме ковша экскаватора, конечно же) извне. Радиосигнал подвержен куче всяких других вещей в этом несправедливом мире. Хотя бы потому, что нас постоянно окружает множество невидимых глазу передач, проходящих на самых разных частотах. Конечно, все мы знаем из школьного курса физики, что сигнал радиоволны может быть на разных частотах (и разной мощности, добавлю, но для нашего понимания ситуации это уже чересчур сложно, не будем так углубляться). И когда мы говорим о том, что наши телефоны работают на частотах 900, 1800 и 1900 МГц, на самом деле это диапазоны частот. А конкретная базовая станция и ваш телефон могут работать на других, близких к ним: 1799 или 1801 ГГц. Именно такое разделение частот и позволяет в современном городе пользоваться мобильной связью тысячам людей одновременно, а не ждать пока свободная частота освободится. Что еще больше усложняет ситуации, если задуматься, что операторов мобильной связи у нас больше, чем один. И все они работают тоже одновременно.

Также из курса физики мы помним (ведь помним же, да?), что при прохождении препятствия сигнал ослабевает. Вспомните как обстоит дело с Bluetooth-сигналом, если вы выйдете в соседнюю комнату. А ведь расстояние менее заявленных стандартом 10 метров. Так что ж - вам врут? Нет, на пути стоит препятствие, а если стена еще и несущая, то внутри нее не гипсокартон, а железная арматура, что однозначно лишь ухудшает сигнал и уж никак не улучшает его. Аналогичная ситуация и с Wi-Fi, и с мобильной связью. Потому что в обоих случаях используется радиосигнал. Поэтому каждый раз, когда вы заходите в лифт или спускаетесь в подвал (например, в кафе), то связь может внезапно ухудшаться. И это нормально, потому что полностью соответствует законам физики, даже если вы о них ничего не знаете.

Базовые станции

Поставили как-то в одном селе базовую станцию.
Через некоторое время оператору, установившему базовую станцию,
стали приходить жалобы от местных жителей
на ухудшееся самочувствие.
«Это еще что», - ответили представители оператора, -
«вот посмотрите что начнется, когда мы ее включим»
Популярный в среде операторов анекдот

Некоторые (не все, конечно) догадываются о том, что для мобильной связи нужны еще и базовые станции. Это довольно сложные (и дорогие) комплексные конструкции, включающие в себя различный набор коммуникационного (и не только его) оборудования. В минимальной конфигурации базовой станции нужно питание, подключение к другим таким же базовым станциям и/или маршрутизаторам сети, способным правильно направить данные и мгновенно связать между собой двух абонентов. Связь эта может быть по опто-волоконному кабелю (и тогда вы его даже не увидите) или по радиоканалу. И тогда вы увидите такие большие круглые антенны радиорелейной связи, работающие по направленному лучу и связывающие базовую станцию с другой (конкретной) такой же станцией. В городе такие базовые станции могут размещаться на крышах административных (премущественно, так проще получить разрешение на их установку) зданиях. Почему на крышах? Потому что чем выше - тем больше открытого пространства и меньше препятствий для радиосигнала. За городом (или там, где нет высоких зданий) для базовой станции устанавливается отдельная мачта, с виду напоминающая мачты электропередач. Сама базовая станция - это еще и ящик с умной электроникой, обслуживающей все это хозяйство, а также кондиционер, охлаждающий ее работу (особенно нужен, как мы все понимаем, летом). По идее, у каждой базовой станции должен еще быть дизель-генератор с автономным питанием, включающийся автоматически при отключении электричества. Иначе при любых авариях энергосети мобильная связь тут же будет отключена, а так она какое-то время еще способна проработать (в идеале - до приезда ремонтной бригады или ликвидации аварии энергосети). Заценили? И это мы еще не перешли к передатчикам, непосредственно связывающим базовую станцию с мобильными телефонами. Вы их видите чаще всего - это вертикально установленные панели, обычно их три - по сектору в 120 градусов на каждый.

Чтобы все это работало как часы и разные игроки рынка не мешали друг другу существует государственное регулирование. Оно касается мощности используемого оборудования, безопасности мобильных телефонов (именно поэтому все легально продаваемые телефоны проходят обязательную сертификацию, что, пусть и немного, но увеличивает их стоимость). Кстати, именно поэтому купленные за границей телефоны могут работать не так хорошо, как хотелось бы - они разработаны для других условий и соответствуют другим требованиям. Особенно это касется дешевых моделей (с брендовыми телефонами таких сюрпризов, как правило, не происходит, потому что их выпускают компании, тщательно следящими за соответствиями своих устройств нормам тех стран, где они официально продаются). О том зачем государство это делает, каким образом и какую пользу это приносит обществу, вы можете почитать в отдельной статье на эту тему.

Но мы помним, что радиосвязь и ее качество все-таки зависит от многих факторов, которые являются непостоянными. Скорость передачи данных в конкретном месте в конкретно взятом промежутке времени может существенно измениться, если поменяются исходные данные. Поэтому, потребительские тестирования - субъективны, однако именно они могут дать информацию потребителю в определенной географической точке о качестве предоставляемой услуги. По-настоящему оценить качество сети можно только при помощи специального оборудования и целой команды специалистов (причем в каждом городе - отдельной).

Помимо естественных причин (нагрузки на сеть, например) есть еще и другая проблема: в городах, где мы живем, постоянно строятся новые объекты, которые способны кардинально менять картину покрытия сети и наличия сигнала в конкретном районе. Поэтому процесс радиопланирования сети - процесс непрерывный. Он никогда не прекращается, и внедрение 3G, которое мы наблюдаем сейчас, - всего лишь один эпизод в длинной цепочке постоянной работы, которая велась, ведется и будет проходить в будущем. Всегда.

Помимо довольно медленных изменений (строительство высотки, согласитесь, занимает месяцы, а то и годы), есть еще стихийные всплески потребления мобильной связи, способные создать пиковые нагрузки, многократно превосходящие емкость сети в текущем месте. Самый простой пример - выставки, когда в одном здании или павильоне собираются тысячи людей, у каждого из которых в кармане есть мобильный телефон. Вы, наверняка, сталкивались с ситуацией, когда на выставке (или стадионе) плохо работала мобильная связь. Аналогичные всплески, например, происходят накануне Нового года, к которому все операторы тщательно готовятся. Потому что для них это не только определенный вызов и удовлетворенность потребителей, но и (к чему скрывать) дополнительный заработок.

Если о мероприятии известно заранее, для увеличения емкости сети используются так называемые мобильные базовые станции. Они представляют собой автомобиль, внутри которого находится куча дорогостоящей электроники, подключающейся к сети оператора и увеличивающей емкость сети в конкретно взятом месте. Для развертывания такой мобильной базовой станции необходимо от 3-4 часов до суток (в зависимости от сложности условий - напомню, что у каждого оператора они свои, и определяются наличием ближайщих базовых станций, расстоянием до них, прямой видимостью и так далее). Например, по словам Юрия Григорьева, начальника департамента эксплуатации мобильной сети Центрального региона lifecell, во время проведения чемпионата по футболу Евро-2012 на Крещатике, в фан-зоне работало сразу три мобильных базовых станции в разных частях улицы (весь Крещатик представлял собой тогда фан-зону с огромными установленными экранами для зрителей). Аналогичные действия проводятся с сезонными мероприятиями, например, днями городов. Свои коррективы вносят и периоды отпусков с курортными местами - морскими летом и горнолыжными зимой. Все эти действия проводятся незаметно для большинства абонентов мобильной связи, которые даже не подозревают о технических сложностях (да, между нами говоря, и не должны подозревать). Но они проводятся всеми операторами вне зависимости от того какого вы мнения об их работе.

Отдельного разговора стоит оборудование, используемое для улучшения связи внутри помещений. Чтобы не усложнять рассказ перечислением разных репитеров и фемтосот, просто скажу, что внутри помещения (это может быть кафе в подвале или огромный торговый центр) устанавливается оборудование, повышающее тем или иным способом емкость сети и передающее весь трафик (голосовой и данные) дальше в сеть оператора. В метро для этого используют специальный излучающий радиосигнал кабель, поэтому мы можем иметь (или не иметь) мобильную связь даже в тоннелях метро, хотя они и находятся на недостижимой для обычных радиоволн глубине.

Опорная сеть

На первый взгляд, вопрос кажется странным, но мы никогда не задумываемся о том куда сигнал с мобильного телефона уходит дальше. Нет, понятно, что он уходит в сеть мобильного оператора, но что такое «сеть»? На самом деле значительная часть сети мобильного оператора находится в... кабеле. Базовые станции, связанные между собой только по радио не способны передавать весь тот объем голосовой связи и тем более данных по радиосигналу. Тем более, что большинство пользователей мобильной связи сосредоточены в отдельных городах, не связанных между собой радиосвязью. И сигнал между ними проходит через магистральные опто-волоконные кабели, составляющие основу отрасли телекоммуникаций. Существует понятие «опорной сети» или back bone, которую еще могут называть трансмиссией в силу ее функций - передачи огромного потока данных между ключевыми сегментами сети оператора. Каждый город, в свою очередь, может иметь свое «кольцо», соединяющее в себе потоки данных от конкретных базовых станций или опорных пунктов, аккумулирующих трафик с нескольких базовых станций. Для управления всей сетью необходимы огромные узловые коммутаторы, обслуживающие целые регионы. Это огромные дата-центры, управляющие всем трафиков и занимающих отдельное здание. Они, как и любые другие дата-центры, имеют несколько независимых каналов подключения, собственные системы энергопотребления. В менее купных городах существуют еще «выносные» коммутаторы, меньшие по размерам, предназначенные для обслуживания своего региона.

Теперь вы понимаете, что мобильная сеть оператора представляет собой очень сложную систему. И на каждом ее этапе, в каждом звене цепочки - от мобильного телефона пользователя до базовой станции, коммутатора и опорной сети может возникнуть проблема с качеством связи. Подробнее мы рассказывали об этих проблемах в отдельной статье , поэтому вкратце напомню, что качество связи зависит от трех факторов: покрытия, емкости и качества самой сети. Грубо говоря, покрытие - это то, куда «добивает» сигнал базовой станции, емкость - способность сети принимать большее количество звонков и/или передавать больший объем данных (кстати, это главная выгода от внедрения сетей 4G, позволяющая нарастить емкость и использовать большее количество частот - это своя отдельная проблема , связанная в том числе с перераспределением частот и технологической нейтральности).

Биллинг

Говоря о мобильной связи, о том как она работает и откуда могут возникнуть проблемы у пользователей, нельзя не затронуть вопрос биллинга. Технически это программное обеспечение определяющее тариф абонента, учитывающий все, включенные в него затраты пользователя, и рассчитывающее его баланс на счету. Оно интегрированно в сеть оператора и при совершеннии какого-либо действия со стороны абонента (вызов, SMS, доступ в интернет) сначала проверяет может ли пользователь совершить это действие, затем либо разрешает системе предоставить абоненту запрашиваемую услугу, либо выдает ему сообщение почему это действие выполнить нельзя (например, не хватает средств на счету). Все эти многочисленные операции происходят мгновенно и незаметно для пользователя, но для общего понимания того как работает мобильная связь, знать об этом стоит.

Как работает биллинг нам объяснил Константин Жилин, руководитель Департамента эксплуатации телекоммуникационных сетей оператора lifecell: «Для того, чтобы сделать звонок, сервер определяет триггер: что нужно сделать, чтобы дать абоненту возможность звонить. Триггером может быть «проиграй какую-то мелодию», иногда это триггер «иди сходи проверь тарификацию». Для того, чтобы абонент сделал звонок, биллинговой системе сначала нужно запросить есть ли достаточно средств у абонента для того, чтобы сделать звонок. Биллинговая система смотрит счет абонента и отвечает: «пожалуйста, разрешаю сделать звонок такой-то длительности». И только после этого происходит подключение трафика, маршрутизации и так далее. После того, как абонент использовал эту квоту звонка, например, 150 секунд, биллинг снова делает запрос разрешения и проверяет остаток денег на счету. Квота выдается исходя из среднестатистического времени совершения звонка и остатка денег на счету и исчисляется в минутах».

Само снятие денег со счета (сакральный момент) происходит по окочанию звонка, когда биллинг запрашивает систему об окончательной длительности звонка и тарифицирует его по фактической продолжительности, а не по объему выделенной квоты. С точки зрения биллинговой системы смена тарифного плана абонента просто означает замена в каталоге продуктов оператора одного пункта на другой. В продуктовом плане для биллинга есть список доступных абоненту услуг, часть из которых являются базовыми (и предоставляемых в рамках тарифного плана без дополнительной платы), а часть - дополнительными и, соответственно, оплачиваемыми отдельно. Если изменяется одно либо другое, значит для биллинга что-то бесплатное становится платным или наоборот. Либо меняется стоимость какой-то конкретной услуги. Так это работает. Все разговоры про воровство операторами денег на самом деле является распространенным заблуждением. Что не отменяет активной маркетинговой деятельности большинства операторов. Но что-то украсть у абонента невозможно физически.

Как говорится, знание - сила, поэтому во всех спорных случаях нужно внимательно читать условия своего тарифного плана и не стесняться уточнять все вопросы у оператора. Сотрудники кол-центров стрессоустойчивы, проходят специальные треннинги и всегда готовы спокойно выслушать абонента и постараться помочь ему. Об этом подробнее мы еще поговорим как-нибудь в следующий раз.

Тем, кто хочет знать больше

Операторы используют свои собственные жаргонные словечки, которые нам показались забавными и стоящими вашего внимания:

• «кастрюлька» - радиорелейная антенна, имеющая круглую форму и предназначенная для связи двух базовых станций между собой по радиоканалу
• «греть воздух » - работать вхолостую, так говорят, когда дорогостоящее оборудование не использует свои возможности полностью, имеет избыточную емкость сети и, соответсвенно, не приносящее ожидаемого дохода для оператора
• «кабинет» - шкаф мобильной базовой станции с оборудованием: шасси с приемо-передатчиком (вмещает в себя до 4 полок, на которых размещается до 12 приемо-передатчиков) и «мозги» базовой станции - электроника, обеспечивающая работу самой сети

Для этого предлагаем вам отправиться в компанию «Билайн ».

На территории России установлено огромное количество БС - базовых станций. Наверное, многие из вас сами видели возвышающиеся в полях красно-белые конструкции или установленные на крышах нежилых зданий сооружения. Каждая такая базовая станция способна поймать сигнал от сотового телефона на расстоянии до 35 км, связываясь с ним по служебным или голосовым каналам .

После того, как вы набрали на своем телефоне номер нужного абонента , происходит следующее: мобильник находит ближайшую БС, связывается с ней по служебному каналу и запрашивает голосовой канал . После этого БС отсылает запрос на контроллер (BSC), который затем поступает на коммуникатор. Если вызываемый абонент обслуживается у того же оператора , что и вы, то коммуникатор проведет сверку с базой данных Home Location Register (HLR), чтобы выяснить, где именно находится тот, кому вы звоните, и перенаправит вызов на нужный коммутатор , который затем переведет звонок на контроллер и далее на Базовую Станцию. Ну и наконец, Базовая Станция свяжется с мобильным телефоном нужного человека и соединит вас с ним. А если тот, с кем вы хотите поговорить, является абонентом другого сотового оператора , или вы звоните на городской номер , то коммутатор «найдет» соответствующий коммутатор другой сети и обратится к нему. Звучит достаточно запутанно, правда? Попробуем разобрать этот вопрос более подробно.

Но вернемся к оборудованию. Как мы уже говорили, с БС вызов переводится на контроллер (BSC). Внешне он мало чем отличается от Базовой Станции :

Количество БС, которые в состоянии обслужить контроллер, может достигать шести десятков. Контроллер и БС связываются по оптическому или радиорелейному каналам . Контроллер управляет работой радиоканалов.

Ниже вы можете увидеть, что из себя представляет коммутатор :

Количество обслуживаемых коммутатором контроллеров варьируется от двух до тридцати. Коммутаторы размещают в больших помещениях, заполненных металлическими шкафами с оборудованием.

Задача коммутатора состоит в управлении трафиком . Если раньше чтобы поговорить друг с другом, абонентам нужно было сначала связываться с телефонисткой, которая затем вручную переставляла нужные провода, то теперь с ее ролью отлично справляется коммутатор .

Внутри автомобилей располагаются устройства, предназначенные для съема и обработки данных :

Контроллеры и коммутаторы находятся под бдительным контролем 24 часа в сутки. Слежение ведется в так называемом ЦКС (Центре Управления Полeтами Цeнтра Контрoля Сeти).

Сотовая связь считается одним из самых полезных изобретений человечества - наряду с колесом, электричеством, интернетом и компьютером. И лишь за несколько десятилетий эта технология пережила целый ряд революций. С чего начиналось беспроводное общение, как работают соты и какие возможности откроет новый мобильный стандарт 5G?

Первое использование подвижной телефонной радиосвязи относится к 1921 году - тогда в США полиция Детройта использовала одностороннюю диспетчерскую связь в диапазоне 2 МГц для передачи информации от центрального передатчика к приемникам в автомобилях полицейских.

Как появилась сотовая связь

Впервые идея сотовой связи была выдвинута в 1947 году - над ней работали инженеры из Bell Labs Дуглас Ринг и Рэй Янг. Однако реальные перспективы ее воплощения стали вырисовываться только к началу 1970-х годов, когда сотрудники компании разработали рабочую архитектуру аппаратной платформы сотовой связи.

Так, американские инженеры предложили размещать передающие станции не в центре, а по углам «ячеек», а чуть позже была придумана технология, позволяющая абонентам передвигаться между этими «сотами», не прерывая связи. После этого осталось разработать действующее оборудование для такой технологии.

Задачу успешно решила компания Motorola - ее инженер Мартин Купер 3 апреля 1973 года продемонстрировал первый работающий прототип мобильного телефона. Он позвонил начальнику исследовательского отдела компании-конкурента прямо с улицы и рассказал ему о собственных успехах.

Руководство Motorola немедленно вложило в перспективный проект 100 миллионов долларов, однако на коммерческий рынок технология вышла только через десять лет. Такая задержка связана с тем, что сначала требовалось создать глобальную инфраструктуру базовых станций сотовой связи.

На территории США этой работой занялась компания AT&T - телекоммуникационный гигант добился от федерального правительства лицензирования нужных частот и построил первую сотовую сеть, которая охватила крупнейшие американские города. В качестве первого мобильника выступила знаменитая модель Motorola DynaTAC 8000.

В продажу первый сотовый телефон поступил 6 марта 1983 года. Он весил почти 800 граммов, мог работать на одном заряде 30 минут в режиме разговора и заряжался около 10 часов. При этом аппарат стоил 3995 долларов - баснословную сумму по тем временам. Несмотря на это, мобильник мгновенно стал популярен.

Почему связь называется сотовой

Принцип мобильной связи прост - территория, на которой обеспечивается соединение абонентов, разбивается на отдельные ячейки или «соты», каждую из которых обслуживает базовая станция. При этом в каждой «соте» абонент получает идентичные услуги, поэтому сам он никак не чувствует пересечения этих виртуальных границ.

Обычно базовая станция в виде пары железных шкафов с оборудованием и антенн размещается на специально построенной вышке, однако в городе их нередко размещают на крышах высотных зданий. В среднем каждая станция ловит сигнал от мобильных телефонов на удалении до 35 километров.

Для улучшения качества обслуживания операторы также устанавливают фемтосоты - маломощные и миниатюрные станции сотовой связи, предназначенные для обслуживания небольшой территории. Они позволяют резко улучшить покрытие в тех местах, где это необходимо.Сотовую связь в России объединят с космосом

Находящийся в сети мобильник прослушивает эфир и находит сигнал базовой станции. В современную SIM-карту, кроме процессора и оперативки, вшит уникальный ключ, позволяющий авторизоваться в сотовой сети. Связь телефона со станцией может осуществляться по разным протоколам - например, цифровым DAMPS, CDMA, GSM, UMTS.

Сотовые сети разных операторов соединены друг с другом, а также со стационарной телефонной сетью. Если телефон выходит из поля действия базовой станции, аппарат налаживает связь с другими - установленное абонентом соединение незаметно передается другим «сотам», что обеспечивает непрерывную связь при перемещениях.

В России для вещания сертифицированы три диапазона - 800 МГц, 1800 МГц и 2600 МГц. Диапазон 1800 МГц считается самым популярным в мире, так как сочетает высокую емкость, большой радиус действия и высокую проникающую способность. Именно в нем сейчас работают большинство мобильных сетей.

Какие стандарты мобильной связи бывают

Первые мобильники работали с технологий 1G - это самое первое поколение сотовой связи, которое опиралось на аналоговые телекоммуникационные стандарты, главным из которых стал NMT - Nordic Mobile Telephone. Он предназначался исключительно для передачи голосового трафика.

К 1991 году относят рождение 2G - главным стандартом нового поколения стал GSM (Global System for Mobile Communications). Данный стандарт поддерживается до сих пор. Связь в этом стандарте стала цифровой, появилась возможность шифрования голосового трафика и отправки СМС.

Скорость передачи данных внутри GSM не превышала 9,6 кбит/с, что делало невозможной передачу видео или высококачественного звука. Проблему был призван решить стандарт GPRS, известный как 2.5G. Он впервые позволил пользоваться сетью Интернет владельцам мобильных телефонов.

Такой стандарт уже обеспечил скорость передачи данных до 114 Кбит/c. Однако вскоре он также перестал удовлетворять постоянно растущие запросы пользователей. Для решения этой проблемы в 2000 году был разработан стандарт 3G, который обеспечивал доступ к услугам Сети на скорости передачи данных в 2 Мбита.

Еще одним отличием 3G стало присвоение каждому абоненту IP-адреса, что позволило превратить мобильники в маленькие компьютеры, подключенные к интернету. Первая коммерческая сеть 3G была запущена 1 октября 2001 года в Японии. В дальнейшем пропускная способность стандарта неоднократно увеличивалась.

Наиболее современный стандарт - связь четвертого поколения 4G, которая предназначена только для высокоскоростных сервисов передачи данных. Пропускная способность сети 4G способна достигать 300 Мбит/сек, что дает пользователю практически неограниченные возможности работы в интернете.

Сотовая связь будущего

Стандарт 4G заточен на непрерывную передачу гигабайтов информации, в нем даже отсутствует канал для передачи голоса. За счет чрезвычайно эффективных схем мультиплексирования загрузка фильма высокого разрешения в такой сети займет у пользователя 10-15 минут. Однако даже его возможности уже считаются ограниченными.

В 2020 году ожидается официальный запуск нового поколения связи стандарта 5G, который позволит передачу больших объемов данных на сверхвысоких скоростях до 10 Гбит/сек. Кроме этого, стандарт позволит подключить к высокоскоростному интернету до 100 миллиардов устройств.

Именно 5G позволит появиться настоящему интернету вещей - миллиарды устройств будут обмениваться информацией в реальном времени. По оценке экспертов, сетевой трафик скоро вырастет на 400%. Например, автомобили начнут постоянно находиться в глобальной Сети и получать данные о дорожной обстановке.

Низкая степень задержки обеспечит связь между транспортными средствами и инфраструктурой в режиме реального времени. Ожидается, что надежное и постоянно действующее соединение впервые откроет возможность для запуска на дорогах полностью автономных транспортных средств.

Российские операторы уже экспериментируют с новыми спецификациями - например, работы в этом направлении ведет «Ростелеком». Компания подписала соглашение о строительстве сетей 5G в инновационном центре «Сколково». Реализация проекта входит в государственную программу «Цифровая экономика», недавно утвержденную правительством.

Как-то раз друг, работающий инженером у одного сотового оператора, предложил устроить экскурсию по высоткам Белгорода и рассказать о том, как работает сотовая связь. Я, само собой, отказаться от такого не мог, и этот обзор стал самым интересным, что мне приходилось видеть за последнее время, не говоря уже о том, что с этих крыш открываются невероятно красивые виды родного города. Прежде чем начать это рассказ, хочу искренне поблагодарить Кирилла и за организацию этой экскурсии, и за техническую консультацию в процессе написания этой статьи.

Первой крыша стала высотка на улице Костюкова рядом с жилым комплексом «Владимирский». Этот 18-этажный дом стоит на холме, таким образом являясь одной из самых высоких точек города.

В любом городе крыши высотных зданий всегда облюбованы операторами сотовой связи - здесь установлено множество антенн.

Эти антенны бывают двух типов. Панельные прямоугольные, похожие по форме на пастилу - антенны сотовой связи, или «сектора». Через них ваш сотовый телефон или модем связывается с управляющим блоком - базовой станцией. Обычно несколько подключённых к одной базовой станции секторных антенн установлены под разными углами, чтобы обеспечить связью абонентов со всех сторон. Для оптимального покрытия (как технически, так и экономически), базовые станции расставляют таким образом, что схема их расположения напоминает пчелиные соты - отсюда и термин «сотовая связь». В реальности, конечно, идеальные соты получаются редко, так как на их расположение влияет множество других факторов, как то рельеф, возможность установки БС и количество абонентов. Секторные антенны устанавливаются также и непосредственно в зданиях, для обеспечения сигнала внутри них. В частности, indoor-сектора установлены внутри различных белгородских ТРЦ (Сити-Молле, Мега-Гринне, Рио и др.), в противном случае ваши мобильники не ловили бы там сеть.

Круглая антенна - радиорелейная (РРЛ). При помощи таких антенн осуществляется связь между базовыми станциями, если никакой другой связи между ними нет. Такое соединение называется радиорелейным пролётом. При установке 2 антенн очень важно, чтобы они были чётко направлены друг на друга (этот процесс называется юстировкой), потому что при малейшем отклонении сигнал становится хуже, уменьшая пропускную способность. Антенны могут быть разного диаметра (от 30 см до двух с половиной метров) и работать в разных частотных диапазонах (в зависимости от длины пролёта, типа местности и требований оператора).

Базовой станцией называется помещение, в котором располагается оборудования. Это может быть контейнер, выгородка в здании, изредка - термошкаф. В контейнер подаётся внешнее 3-фазное электроснабжение на 380 вольт. Электричество попадает на вводной щит, от которого запитываются потребители переменного тока (кондиционеры и охранно-пожарная сигнализация). От вводного щита запитан ИБП (источник бесперебойного питания), преобразующий переменный ток в постоянный на 48 вольт, от которого работает большая часть оборудования базовой станции. На фото - стойки оборудования и ИБП базовой станции GSM.

Стойка GSM-овской базовой станции внутри.

Источник бесперебойного питания. У базовой станции и оборудования транспортной сети (внутренних блоков антенн РРЛ, мультиплексоров и прочего) должны быть разные источники питания, так как при отключении питания оборудование транспортной сети должно «продержаться» дольше.

Базовая станция является низшей ступенью в сетевой иерархии. Несколько десятков территориально связанных станций через кабель подключаются к BSC (Base Station Controller, контроллер базовых станций), осуществляющий контроль за их работоспособностью и многими процессами, такими как хэндовер (переключение абонента с одной станции на другую без разрыва соединения), обновление местоположения и сигнализирование, а также параметрами работы. Шкаф контроллера.

Оборудование контроллера.

Оптический магистральный мультиплексор (устройство, комбинирующее несколько различных потоков данных для передачи по одной линии связи).

BSC это серьёзный транспортный узел с кучей радиорелейного, оптического оборудования, критичный к качеству электропитания, из-за чего на случай перебоя с питанием оборудуется серьёзными аккумуляторами (на фото) или ДГУ (дизельным генератором).

Ядром сети в отдельно взятом городе или регионе, с которым соединены контроллеры базовых станций, является MSC (Mobile Switching Centre, центр мобильной коммутации) - автоматическая телефонная станция или коммутатор. Именно MSC определяет, куда направлять звонки, а также обрабатывает звонки из внешних сетей (городской, других операторов) и посылает информацию о длительности разговоров и заказанных услугах в биллинговый центр. Многоуровневая структура сети необходима для более равномерной нагрузки - ведь если бы MSC, например, должен был осуществлять функцию хэндовера и другие функции контроллера базовых станций, нагрузка на него выросла бы в разы. Для проложенных между регионами опорных сетей используются оптоволоконные кабели, позволяющие моментально передавать огромные потоки данных.

Привычное вам слово «симка» происходит от английского сокращения SIM (Subscriber Identity Module, модуль идентификации подписчика). Каждая карта имеет IMSI (International Subscriber Identification Number, международный опознавательный номер абонента, тот самый длинный номер, который написан на ней мелкими цифрами). Когда вы включаете телефон, он передаёт этот номер на БС, откуда он затем идёт на BSC и далее на MSC. MSC запрашивает операторскую базу данных (HLR) о наличии такого абонента, и о том, можно ли ему предоставлять услуги связи (заплатил ли он, подключены ли они), а затем прописывает его в VLR - временной базе данных абонентов, находящихся в зоне действия данного MSC (это включает как и абонентов данной сети, так и роумеров - абонентов других сетей, в данный момент подключённых к ней).

GSM (изначально происходит от Groupe Spécial Mobile) - разработанный в Европе стандарт мобильной связи, фактически ставший мировым (хотя существуют и другие стандарты, например популярный в Америке CDMA). Этот стандарт был ориентирован в первую очередь на голосовую передачу данных. Сети третьего поколения (UMTS), которые иногда для показания преемственности называют 3GSM и в которых используется протокол HSDPA, значительно увеличивающий скорость передачи, уже более заточены именно под данные, хотя при отсутствии GSM-сети через 3G всё же можно сделать звонок. Что же касается LTE, сети 4 поколения, то она полностью оптимизирована для высокоскоростной передачи данных (хотя в российских реалиях многое зависит от развития у операторов т.н. «транспортной сети» - совокупности ресурсов и возможностей по передаче больших объемов информации и распределения этих объемов по базовым станциям).

На фото ниже - базовая станция LTE. В случае отключения электричества аккумуляторов хватит ещё на 5 часов работы.

Большой преградой для развития скоростного мобильного интернета в России является дефицит радиочастот. Нельзя просто установить оборудование и начать обслуживание, нужно сначала получить разрешение на использование частоты. Однако, частоты, необходимые для развёртывания таких сетей, часто бывают зарезервированы Министерством обороны в соответствии со стандартами 60-70 годов прошлого века, когда оборудованию нужны были широкие диапазоны. Выделение («конверсия») таких частот для гражданского использования - процедура дорогая и сложная как технически, так и бюрократически. Помимо того, вплоть до декабря 2013 года в России по закону частоты выделялись только под конкретные технологии, и если компания получала частоту, на которой ей разрешалось предоставлять услуги GSM-связи, она не имела права использовать эту же частоту для LTE. Из-за этого, например, Теле2, не получившая в своё время отдельной частоты для 3G и 4G, долгое время не могла начать предоставлять услуги скоростного мобильного интернета.

Отвлечёмся немного от технической стороны, и посмотрим по сторонам. С этого дома город видно как на ладони. Посмотрим в самый центр. В середине - здание городской администрации. Из-за него выглядывает Преображенский собор. Видны диорама «Огненная дуга» и художественный музей, парк имени Ленина.

Памятник князю Владимиру отсюда кажется совсем крошечным.

Корпуса БелГУ.

Вокзал и городской пляж.

«Технолог», вдали видны районы Старый Город и Крейда.

Внутренний двор ЖК «Владимирский».

Надо зафигачить лук

И конечно, панорамы. Белгород, какая красота!

С большим приближением (к сожалению погода была не идеальной, хоть и светило солнце, воздух был затянут дымкой, несмотря на задранный контраст, видно не очень хорошо.

Если смотреть с этой же крыши в южную сторону. Южная половина города в народе называется «Харьковской горой».

Следующим объектом, который мы посетили, стала 70-метровая сотовая вышка недалеко от БГТУ.

На вышке располагаются антенны, а в металлических будках - оборудование базовых станций. Сама вышка окружена забором из колючей проволоки, чтобы туда не лазили.

Чтобы залезть на вышку, нужно быть в хорошей физической форме. Я, хоть и хожу всё время в спортзал, под конец начал уставать. А Кирилл, который сам здоровенный качок, предложил представить, каково лезть на неё, ещё и таща на себе тяжёлое оборудование.

Но вообще сам процесс залезания изрядно доставил. Это здорово. Никакой страховки нет - держитесь крепче.

Неиспользуемая советская радиорелейная антенна, установленная ещё в 1970-е годы, которую слишком сложно демонтировать из-за её веса и габаритов, поэтому она продолжает здесь висеть. Эта конкретная вышка довольно старая и была построена ещё в те времена, однако, большинство вышек, которые нам встречаются, появились уже во время бурного развития в России сотовой связи.

Монтаж таких вышек обычно осуществляется при помощи вертолёта. На место на длинномерных тягачах привозятся собранные части конструкции весом 2-3 тонны каждая, после чего машина их подымает , а монтажники закрепляют. Красно-белая раскраска, увеличивающая видимость конструкции для летательных аппаратов, является требованием, прописанным в Руководстве по эксплуатации гражданских аэродромов РФ. Такая раскраска наносится на все высотные конструкции, мачты и заводские трубы.

Наверху вышки, как и на высотках, установлены красные огни светового ограждения, нужные для тех же целей, что и раскраска, но в тёмное время суток.

Как правило, на одной вышке находится оборудование сразу нескольких компаний. Сама вышка, при этом, может принадлежать лишь одному оператору (а другие платят аренду), либо нескольким, либо вообще принадлежать какой-то другой организации, которая не занимается услугами связи, а лишь сдаёт объект в аренду. С недавнего времени в России стало появляться также и совместное использование базовых станций.

Вышка немного качается на ветру - так и должно быть.

Всё сильнее хочется стать бейсером.

Строящийся микрорайон Новый-2 и гаражи, сверху напоминающие трущобы какого-нибудь латиноамериканского города. Отдельный гаражный кооператив рядом с жилым массивом - это такое чисто советское изобретение, на западе вызывающее недоумение.

Улица Губкина, Харгора.

Чуть поодаль в середине видны корпуса БГТУ. Справа вдали городской пляж. Вверху слева - высотка, на которой мы только что были.

Общий вид с крыши здания. В самой левой части - начало района Болховец и западная промзона (жёлтое пятно на горизонте - карьер цементного завода). Район Левобережье, центр Хоркиной (синее здание), БелГУ, парк Победы, застроенный коттеджами район Супруновка, железная дорога, район «Салют», две городские телебашни, улица (правильнее было бы назвать её проспектом) Щорса, ТЦ «Сфера», Первомайский район.

Парк Победы и центральная часть города, Супруновка.

Улица Щорса.

Две городские телебашни - старая (слева) и новая. Ночью они красиво подсвечиваются. На них попасть очень и очень сложно (если вы только не Вадим Махоров).

Улицы Плеханова и Горовца.

Западная промзона (цементный завод, Энергомаш, Белаци).

Один из недостатков Белгорода заключается в том, что здесь практически полностью отсутствуют исторические достопримечательности, что делает его малоинтересным для туристов. Дореволюционные здания точечно встречаются в центре, но они со всех сторон окружены современными. Здесь нет ни одной старинной улицы, какие есть в городах вроде Тулы , Ярославля или Владимира, разве что пара улиц со сталинской архитектурой. Сейчас весь центр застраивается стеклобетонными высотками, а прочие районы полностью состоят из таких вот многоэтажек. Панельные дома на переднем плане характерны для 80-х годов, те что дальше - типичная современная архитектура белгородских спальных районов.

Устройство керамической облицовки зданий. Помимо новых домов, её часто применяют для реставрации построек эпохи Хрущёва и Брежнева - квадратные здания, которые уже через два года после побелки начинают выглядеть облезло, будучи облицованными, выглядят вполне себе современно и эстетично.

Вентиляция.

В заключение мы поднялись на крышу бывшего завода «Электроконтакт». В советское время завод производил различное электрооборудование, но в девяностых годах закрылся из-за нерентабельности. Сейчас в его зданиях располагаются офисы и магазины, цеха используются как склады или пустуют.

На крыше одного из зданий установлены радиомачты.

Уютная такая крыша.

Рядом находится одна из городских достопримечательностей, деревянный храм святых мучениц Веры, Надежды, Любови и матери их Софии. В 2009 году эпически сгорел , но с того времени был отстроен заново.

Крыши цехов напоминают улицы заброшенного посёлка. Интересно, как можно туда попасть?

Улица Горького и кольцо Щорса-Королёва-Горького.

Не побоюсь сказать, что в познавательном плане эта была самая интересная экскурсия с момента посещения Зоны отчуждения 6 лет назад. Больше всего на свете я обожаю индустриальные инсайдерские экскурсии, когда можно посмотреть на то, что находится рядом с нами, тесно связано с нашей жизнью, но при этом малоизвестно и закрыто человеку с улицы.

Побывал в Дубовом (пригород Белгорода на юге от Харгоры). Привет, Настя:-)

Такой тихий и приятный спальный райончик. Большую часть его занимают коттеджи.

В этом году тут наконец-то заработал горнолыжный комплекс, который строился очень долго (правда, судя по отзывам, заработал скорее условно).

Если вечером прийти на пешеходный мост над разделяющим северную и южную части города частным сектором, можно встретить Повелительницу коз. Можно ли её вносить в список городских сумасшедших?

Прогулочные лодки на Везёлке.

Почему современные выпускники все такие габаритные? Я в 17 лет весил 55 килограммов, а тут посмотришь - прямо дяди и тёти какие-то. Наверное, виноваты голодные девяностые, в которые мы росли:-)

Обычно вид заходящего за белгородский университет солнца ассоциируется с J:Морсовской песней «Паветра», но в этот момент было странно осознавать, что лето ещё даже не началось, хотя накрепко привязавшаяся к прошлому апрелю «Весна» «Воплів Відоплясова» сюда тоже уже как-то не подходила... Было бы интересно понять, откуда у меня такое желание привязывать ко всему саундтреки.

З тобою літаю я там, де літо, там, де літо,
Там, де душа моя, ллється через край.
З тобою літаю я там, де літо, там, де літо,
Там, де душа моя понесе мене за небокрай.

З нами літо бавилось і сміялось,
З нами літо ділилось своїм теплом,
А під вечір так непомітно вкривалось
Синє небо золотом і вином ©